Thermodynamic and enviromental analisys of a refrigerator cycle performance and propose of a global function evaluation

Orientador: Jose Vicente Hallak d'AngeloDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Este trabalho apresenta a proposta de uma função para avaliação do desempenho de ciclos de refrigeração, do ponto de vista termodinâmico e ambiental, através da análise estatística dos resultados da simulação computacional de um ciclo de refrigeração por compressão a vapor. A função proposta representa um índice global de avaliação da eficiência termodinâmica e dos critérios ambientais e foi desenvolvida com o intuito de facilitar a combinação de critérios utilizados na avaliação de ciclos termodinâmicos e envolve a análise exergética do ciclo, valores do COP (coefficient of performance), do ODP (ozone depletion potencial) e do GWP (Global Warming Potential). Para a simulação computacional foi utilizado o software Hysys versão 3.2 da Aspen Technology. As simulações permitiram testar diferentes combinações de misturas de refrigerantes. As equações de estado de Peng-Robinson e Peng-Robison Stryjek-Vera (PRSV) foram comparados entretanto a equação de estado Peng-Robinson foi utilizada neste trabalho para estimar as propriedades termodinâmicas. Foram consideradas neste trabalho duas eficiências do compressor, 55% e 75%. Nas simulações foram avaliados diversos refrigerantes puros (R134a, R290, R152a e R600a) e misturas binárias dos mesmos em três proporções mássicas: 75%, 50% e 25%. O desempenho do ciclo termodinâmico foi avaliado com uma variação de 10% e 20% das pressões da região de alta pressão e de baixa pressão e através dessa avaliação foi possível sugerir nova faixa de atuação das pressões visando uma otimização do ciclo. Através do índice da função de desempenho foi possível determinar que o R600a e suas misturas são os refrigerantes mais adequados para o ciclo propostoAbstract: This work presents a proposal function to vapor compression refrigerator cycle performance from environmental and thermodynamic point of view. The function was developed through the statistic analysis of a refrigerator cycle computational results. The proposal function represents an evaluation indice of efficiency and environment criterions and was developed to make the analysis of combining criterions evaluations easier in thermodynamics cycles. It includes an exergetic analysis, COP (Coefficient of Performance), ODP (Ozone Depletion Potencial) and GWP (Global Warming Potential). Software Hysys version 3.2 from Aspen Technology was used for computational simulation development. The simulations allowed testing several combinations of refrigerants. The thermodynamic packages Peng-Robison and Peng-Robison Stryjek and Vera was compared however Peng-Robinson equation of state, was used to estimate thermodynamic properties of proposed cycle in this work. Two different efficiencies for the compressor were considered, 55% and 75%. The mixtures of refrigerants tested were pair's combinations of: R134a, R290, R152a and R600a. The variation of these mixtures was in the following proportions: 75, 50 e 25% and it was compared with the own refrigerant. In order to evaluate the performance of refrigerant mixtures, the pressure of high pressure region and low pressure region suffered a change of 10%. With this analysis was possible to suggest a new pressure range for cycle optimization. Considering the values of performance function, it was possible to conclude that R600a and its mixtures are the most indicated ones to be used in the proposed cycleMestradoSistemas de Processos Quimicos e InformaticaMestre em Engenharia Químic

Numerical-theoretic investigation of flow areation over stepped spillways using free software

Em inúmeras aplicações práticas da engenharia a camada interfacial entre dois fluidos é de extrema importância para a correta caracterização do escoamento. Especificamente na Engenharia Ambiental e Hidráulica na interface entre o ar e a água existem propriedades capazes de relacionar a aeração e oxigenação. Focado na dinâmica dos processos turbulentos, o estudo proposto se aplica a problemas de sub-pressão em vertedores e visa analisar a troca de gases da interface ar-água em situações de fases dispersas e avaliar a qualidade da água a jusante dos mesmos. O objetivo maior é descrever a relação entre o comportamento da superfície da água, o desenvolvimento da camada limite e os regimes de escoamento de acordo com a vazão volumétrica. Para representar a distribuição da fração de vazios da fase dispersa, foram usados os princípios da formulação dos escoamentos em vertedores escalonados e da formulação para enlaçamento de ar. As argumentações e justificativas das formulações propostas para os perfis de concentrações foram baseadas na distribuição da fração de vazios prevista numericamente. A abordagem numérica do problema fluidodinâmico diferencia da maioria dos estudos concentrados na literatura, por estar baseada na quebra da superfície livre.In many pratical aplications of engineering the interfacial layer between two fluids has a strong relevance in the process of right measurements of the flow. Espeficically in the enviromental and hydraulics engineering the interface between air and water is the property related with oxigen and areation of the flow. With focus on the dynamics of the turbulent processes, the proposed study is applied to sub-pressure problems in spillways. It investigates the gases exchange in the air- water interface in the dispersed phase and evaluate the water quality downstream. The major goal is to describe a relation between the boundary layer development and the flow regimes with discharge. To represent the distribution of void fractions of the dispersed phase, the physical formulation concepts of stepped spillways and entrapped air were used. The arguments and reasons to justify the proposed concentration profile formulation are based on the numerical provided void fraction distribution. The results as well as the physical model are in good agrement with described literature data. The Numerical approach of the fluid dynamics problem differs from major of described literature studies because it is based on the surface breakup